運動量の科学
運動量は、物体が持つ運動量と考えることができます。 運動量は物体の質量（どれだけ動いているか）と速度（どれだけ速く動いているか）によって決まります。 物理学では、運動量は「p」で表されるため、運動量を決定する方程式は p = mv (運動量は質量と速度の積に等しい) となります。 物理法則によれば、ボウリングのボールのような重い物体がキックボールのような軽い物体と同じ速度で移動すると、運動量は大きくなります。
この STEM ラボでは、運動量とそれが衝突にどのように影響するかを理解する必要があります。これは、後で「ストライク チャレンジ」と呼ばれるボウリング ゲームで競うことになるからです。 スピードボットがボールにぶつかってピンを倒し、最高得点を獲得するようにプログラムします。 2つの物体が衝突すると何が起こるか考えてみましょう。 はい、運動エネルギーを伝達します。 しかし、衝突前の 2 つの衝突物体それぞれの運動量から、衝突後に 2 つの物体がどのように反応するかを予測できます。 この考えについては後でまた取り上げます。
議論を促す
議論の中で勢いについて推論することは、それを概念化する生徒の努力を導く良い方法です。 この STEM ラボでは、ロボットがボールと衝突するときの運動量に焦点を当てます。
次の質問は、記載されている通りのメートル法単位、または帝国単位のマイル、ポンド、フィート/秒で推論することができます。 変換の必要がなく、推論は同じであるはずです。
質問: 時速 8 km で転がる球体と、時速 10 km で転がる同じ球体では、どちらの運動量が大きいですか?
回答: 時速 10 km で転がる球体の方が速く動いているので、運動量が大きいです。
質問: 時速 90 km で走行する平均的な大きさの車と、時速 90 km で走行するバスでは、どちらの運動量が大きいですか?
回答: 時速 90 km で走行するバスの方が質量が大きいため、運動量が大きくなります。
質問: 自転車を漕いで坂を上るのと、同じ自転車を漕いで坂を下るのとでは、どちらの運動量が大きいですか?
回答: 坂を下る自転車の方が運動量が大きいです。ブレーキシステムが作動していない限り、坂の下り坂とペダルを踏むことの両方で速度が加速されるからです。
質問: 1 分間に 1 メートルで動く 1000 kg のトラックと、1 秒あたり 1000 メートルで動く 1 kg のメロンとでは、どちらが自分に衝突してほしいですか?
回答: トラックはあなたを倒すかもしれませんが、重傷を負うほど速く動いていません。一方、1000 メートル/秒で動くメロンはあなたを殺してしまう可能性があります。 これは、運動量の量が衝突中に物体から伝達されるエネルギーの量に関連していることを強調しています。 物体の質量だけでは、衝突時にどれだけの破壊的なエネルギーが供給されるかを判断するのに十分ではありません。 どのくらいの速さで動いているかも考慮する必要があります。